Carrucola, verricello e paranco
Definizione breve
La carrucola è una macchina semplice formata da un disco scanalato (puleggia) che gira intorno a un perno, nella cui gola scorre una fune: permette di sollevare carichi modificando la direzione o l’intensità della forza applicata. Il verricello è una variante con un cilindro orizzontale (tamburo) su cui si avvolge la fune, azionato da una manovella o ruota. Il paranco è un sistema composto da più carrucole fisse e mobili che moltiplica il vantaggio meccanico.
📖 tipo di macchina semplice · Wikipedia · CC BY-SA
Spiegazione per docenti
Le carrucole, il verricello e il paranco appartengono alla famiglia delle macchine semplici derivate dalla leva. I testi adottati nelle scuole li trattano quasi tutti insieme, subito dopo la leva e prima del piano inclinato.
Carrucola fissa. La staffa è vincolata a un supporto fisso (soffitto, trave, gancio). Ai due capi della fune sono applicate rispettivamente la forza resistente Fr (il carico) e la forza motrice Fm. Poiché il fulcro coincide con il centro della ruota e i bracci sono uguali, si comporta come una leva di primo genere indifferente: Fr = Fm. Il vantaggio non è di forza, ma di direzione: è meno faticoso tirare la fune verso il basso (aiutandosi col peso del corpo) che sollevare il carico direttamente verso l’alto.
Carrucola mobile. La staffa non è fissa: è la puleggia stessa a muoversi, mentre un’estremità della fune è ancorata. Il carico è appeso alla staffa mobile. Il fulcro si trova all’estremità del disco in corrispondenza del punto di ancoraggio della fune; il braccio della forza motrice è il doppio del braccio della forza resistente. È assimilabile a una leva di secondo genere vantaggiosa: Fm = Fr/2. La forza da applicare è la metà del carico.
Paranco. Combinando una o più carrucole fisse con una o più carrucole mobili si forma il paranco. Ogni carrucola mobile aggiuntiva dimezza ulteriormente la forza richiesta: con 2 carrucole mobili (e 2 fisse) la forza motrice è 1/4 del carico. Il paranco composto è impiegato nelle gru da cantiere, nei paranchi manuali da officina, nei sistemi di sollevamento teatrali.
Paranco differenziale (presente in Tecnocloud): è costituito da una carrucola mobile e due carrucole fisse solidali di diametro diverso, con una catena chiusa ad anello. Il vantaggio deriva dalla differenza di raggio tra le due pulegge fisse.
Verricello. È costituito da un cilindro orizzontale (tamburo) fisso a un supporto che ne consente la rotazione, e da una manovella (o ruota) che lo aziona. La fune con il carico si avvolge attorno al tamburo. Applicando il teorema dei momenti: Fm × R = Fr × r, dove R è il raggio della manovella e r è il raggio del tamburo. Poiché R > r, il verricello è sempre vantaggioso. Più la manovella è lunga, minore è la forza necessaria.
Argano. Funziona con lo stesso principio del verricello, ma il tamburo è posto in verticale invece che in orizzontale. Nei testi viene spesso presentato accanto al verricello come variante costruttiva: cambia il verso dello spostamento della forza resistente (il carico viene trascinato anziché sollevato, o viceversa a seconda dell’orientamento). Oggi sia verricelli sia argani utilizzano quasi sempre un motore.
Inquadramento meccanico. Tutti questi organi sono macchine semplici derivate dalla leva:
- Carrucola fissa → leva di 1° genere indifferente
- Carrucola mobile → leva di 2° genere vantaggiosa
- Verricello / argano → leva di 1° genere vantaggiosa
Il rendimento reale è sempre inferiore a quello teorico a causa dell’attrito nei cuscinetti e nella fune (collegamento con attrito-e-vantaggio-meccanico).
Spiegazione per studenti
Hai mai visto come funziona una gru in un cantiere? O come si alza una bandiera sul pennone? In entrambi i casi c’è almeno una carrucola.
Cos’è una carrucola. È una ruota con una scanalatura sul bordo (la gola) in cui scorre una fune. La ruota gira su un perno ed è tenuta da una staffa con un gancio.
Carrucola fissa. La staffa è agganciata in alto e non si muove. Tiri la fune verso il basso e il carico sale. Non ti fa risparmiare forza — devi tirare con la stessa forza del peso del carico — ma è molto più comodo: invece di spingere su, tiri giù e puoi usare anche il peso del tuo corpo per aiutarti.
Carrucola mobile. Qui è la carrucola stessa a salire, insieme al carico. Un’estremità della fune è fissa, l’altra la tiri tu. Risultato: ti basta metà forza per sollevare lo stesso carico. È come una leva: la forza si divide tra i due tratti di fune.
Paranco. Se metti insieme più carrucole fisse e mobili ottieni il paranco. Più carrucole mobili aggiungi, più la forza che devi applicare diminuisce. Con 4 carrucole (2 fisse + 2 mobili) ti bastano 10 kg di forza per sollevare un carico di 40 kg. Ovviamente la fune che devi tirare è 4 volte più lunga.
Verricello. Immagina un mulinello da pesca ingrandito: hai un cilindro su cui si avvolge una fune con un peso attaccato, e una manovella o maniglia per far girare il cilindro. Più la manovella è lunga, più facile è sollevare il peso. Principio uguale alla leva: il braccio lungo (manovella) vince il braccio corto (tamburo).
Argano. È un verricello messo in verticale invece che in orizzontale. Lo trovi per esempio nei vecchi pozzi: la ruota gira e il secchio sale.
Dove li vedi nella vita reale. Carrucole: gru da cantiere, paranchi da officina, sistemi di sicurezza in arrampicata, tendine per barche a vela. Verricelli: mulinelli da pesca, argani per roulotte, gru su furgoni. Argani: pozzi tradizionali, verricelli nautici.
Versione ultra-semplice (BES/DSA)
Carrucola = ruota con fune.
- Puoi tirare verso il basso invece che spingere su. Più comodo!
- Con la carrucola mobile ci vuole metà forza.
- Con il paranco (più carrucole) ci vuole ancora meno forza.
Verricello = mulinello grande.
- Avvolgi la fune sul cilindro girando la manovella.
- Più la manovella è lunga, meno devi faticare.
La regola da ricordare: nelle macchine semplici risparmi forza, ma devi tirare la fune più a lungo.
Immagine-guida da proporre: schema con carrucola fissa, mobile e paranco semplice affiancati, con frecce che indicano Fm e Fr.
Esempio concreto in classe
La gru in miniatura. Porta in classe (o mostra in video) una piccola gru da cantiere giocattolo o reale. Fai notare dove si trovano le carrucole: di solito c’è una carrucola fissa in cima al braccio e una carrucola mobile agganciata al gancio. Chiedi agli studenti: perché servono due carrucole e non una sola?
Attività con materiali semplici (da Futura/Upgrade Pearson). Costruire un rudimentale verricello con:
- tappo di sughero cilindrico
- stecchino per spiedini (come perno/manovella)
- spago
- quattro viti parker da almeno 1,5 cm (per ancorare il supporto)
Il tappo funge da tamburo, lo stecchino da manovella. Si fa sollevare un piccolo oggetto e si misura la forza tirando il filo con un elastico calibrato.
Confronto diretto. Con una fune, un gancio e un peso noto (es. una borsa con libri), fai sollevare il peso in tre modi:
- Direttamente (forza = Fr)
- Con una carrucola fissa (forza ≈ Fr, ma direzione cambiata)
- Con una carrucola mobile fai-da-te (forza ≈ Fr/2)
Gli studenti misurano la forza con un dinamometro e confrontano i valori.
Dal concetto all’attività
Livello base
Riconosci la macchina. Fornire agli studenti una serie di immagini (gru, pozzo, mulinello, ascensore, bici da arrampicata, palestra con cavi) e chiedere di identificare: è una carrucola fissa, mobile, un verricello o un paranco? Giustificare la scelta con una frase. Valutare con schema a crocette.
Completamento testo guidato. Brano con spazi vuoti sui concetti chiave (tipo: “La carrucola fissa equivale a una leva di ______ genere, la forza motrice è ______ alla forza resistente”). (proposta progettuale: scheda disponibile da adattare dall’esercizio presente in 9788891561633_Tecnologia p.327)
Livello intermedio
Calcoli con il teorema dei momenti. Dato un verricello con manovella di raggio R = 30 cm e tamburo di raggio r = 5 cm, qual è la forza necessaria per sollevare un carico di 200 N? Calcolare poi con r = 3 cm. Discutere: cosa cambia aumentando il raggio della manovella?
Schema del paranco. Gli studenti disegnano su carta millimetrata un paranco semplice (1 carrucola fissa + 1 mobile) e indicano: posizione del fulcro, lunghezza dei bracci, valore di Fm sapendo che Fr = 60 N.
Ricerca applicazioni. A coppie, raccogliere 5 esempi di carrucole, verricelli o paranchi nella vita quotidiana o nell’industria. Per ognuno indicare: tipo di macchina, vantaggio meccanico, contesto d’uso. (proposta progettuale)
Livello avanzato
Progetta il paranco. Dato un carico di 800 N da sollevare con una forza massima di 100 N, quante carrucole mobili servono? Disegnare lo schema del paranco risultante e calcolare di quanto si allunga la fune da tirare rispetto all’altezza di sollevamento.
Confronto efficienza reale vs. teorica. Costruire (o simulare) un paranco con 2 carrucole e misurare con il dinamometro la forza reale necessaria. Confrontarla con quella teorica. Calcolare il rendimento: η = lavoro utile / lavoro motore. Discutere le cause della differenza (attrito). Collegare a attrito-e-vantaggio-meccanico. (proposta progettuale)
Analisi storica. Ricerca su come l’argano veniva usato nell’antichità (pozzi, costruzioni, navi) e comparazione con gli argani motorizzati moderni. Produzione di una presentazione con fonti. (proposta progettuale)
Misconcezioni frequenti
| Misconcezione | Chiarimento |
|---|---|
| ”La carrucola fissa ti fa usare meno forza” | No: cambia la direzione, non l’intensità. La forza rimane uguale al peso del carico (leva indifferente). |
| ”Con più carrucole si risparmia sia forza sia spostamento” | Non entrambi insieme. Se si dimezza la forza, si raddoppia la lunghezza della fune da tirare. Il lavoro compiuto è lo stesso (golden rule delle macchine semplici). |
| ”Verricello e argano sono la stessa cosa” | Funzionano con lo stesso principio, ma differiscono per l’orientamento del tamburo: orizzontale nel verricello, verticale nell’argano. |
| ”Il paranco può sollevare qualsiasi peso con qualsiasi forza” | In teoria sì aumentando le carrucole, ma in pratica attrito, peso della fune e delle carrucole stesse pongono limiti reali. |
| ”La puleggia nelle cinghie di trasmissione è la stessa cosa della carrucola” | Funzione diversa: la puleggia di trasmissione serve a trasmettere il moto rotatorio (collegamento con trasmissione-del-moto), la carrucola serve a sollevare carichi. |
Collegamenti interdisciplinari
- Matematica / Fisica: proporzioni, teorema dei momenti (Fm × Bm = Fr × Br), calcolo del rendimento (η = Lutil / Lmotor), vettori forza.
- Scienze: principio di conservazione dell’energia — il lavoro meccanico compiuto sul carico non può superare quello applicato alla forza motrice (al netto delle perdite per attrito).
- Storia / Educazione civica: uso delle carrucole nell’antichità (Grecia, Roma, Egitto: sollevamento di blocchi per le costruzioni monumentali). Archimede è tradizionalmente associato all’invenzione o al perfezionamento del paranco.
- Arte e immagine / Disegno tecnico: schemi tecnici di macchine semplici, lettura di disegni con simboli normalizzati.
- Educazione fisica: i cavi nei macchinari da palestra funzionano con carrucole; l’arrampicata usa paranchi nei sistemi di sicurezza.
- Tecnologia (trasversale): le gru da cantiere, i sistemi di sollevamento nelle navi, i montacarichi integrano carrucole e verricelli in macchine complesse.
Strumenti digitali utili
- PhET Interactive Simulations (Univ. Colorado) — simulazione “Masses and Springs” e “Forces and Motion”: non simula direttamente la carrucola, ma permette di esplorare forze e spostamenti. Per una simulazione specifica di carrucole e leve, vedi simulazioni-macchine-e-motori. (proposta progettuale: verificare disponibilità simulazione carrucola su PhET)
- The Physics Classroom — Simple Machines series: spiegazioni animate su leve, carrucole e paranchi, con esercizi interattivi. URL: physicsclassroom.com (accesso libero).
- YouTube — canali didattici di fisica: brevi video di esperimenti reali con carrucole e verricelli (cercare “pulley simple machine experiment”, filtrare per durata breve).
- GeoGebra: costruzione di schemi meccanici con frecce-forza per illustrare il vantaggio meccanico. (proposta progettuale)
- Scratch / micro:bit: per livello avanzato, simulare il comportamento di un verricello motorizzato come progetto di tecnologia + coding. (proposta progettuale)
Valutazione e rubriche
Rubrica di valutazione — Carrucola, verricello e paranco
| Criterio | Livello 1 — Iniziale | Livello 2 — Base | Livello 3 — Intermedio | Livello 4 — Avanzato |
|---|---|---|---|---|
| Conoscenza delle definizioni | Non sa distinguere i tipi di carrucola; confonde verricello e paranco. | Definisce correttamente almeno due macchine; impreciso sulle altre. | Definisce correttamente carrucola fissa, mobile, verricello e paranco. | Definisce con precisione, usa terminologia tecnica corretta (perno, gola, tamburo, staffa). |
| Comprensione del vantaggio meccanico | Non sa indicare quale macchina richiede meno forza. | Sa che la carrucola mobile richiede meno forza, ma non sa quantificarlo. | Applica correttamente la regola Fm = Fr/2 per la carrucola mobile; comprende il funzionamento del paranco. | Calcola il vantaggio meccanico in situazioni diverse; collega il concetto al teorema dei momenti. |
| Applicazione a contesti reali | Non riconosce le macchine negli esempi proposti. | Riconosce almeno un esempio reale (es. gru, pozzo). | Riconosce e classifica correttamente più esempi; sa spiegare il vantaggio in ogni caso. | Propone autonomamente esempi nuovi; analizza criticamente il rendimento reale vs. teorico. |
| Capacità di schematizzare | Non produce schemi comprensibili. | Produce uno schema parziale con qualche errore. | Schema completo con indicazione di Fm, Fr e fulcro. | Schema dettagliato, coerente con i calcoli; individua le differenze tra più configurazioni. |
Suggerimento di utilizzo: la rubrica può essere usata sia per la verifica scritta sia per osservare le prestazioni nell’attività laboratoriale con il dinamometro.
Inclusione e adattamenti
BES generici (difficoltà attentive e organizzative).
- Presentare le tre macchine una alla volta, non tutte insieme.
- Usare colori diversi per differenziare carrucola fissa (blu), mobile (rosso) e verricello (verde) in tutti i materiali.
- Fornire uno schema riassuntivo con le relazioni chiave (tabella a tre righe: macchina / tipo di leva / vantaggio meccanico).
DSA (dislessia, disgrafia, discalculia).
- Privilegiare la spiegazione visiva e pratica prima di quella verbale-simbolica.
- Fornire la versione ultra-semplice (sezione apposita) come guida allo studio.
- Per il calcolo del vantaggio meccanico: offrire la formula già impostata con spazio per i numeri, evitare la derivazione algebrica se non è l’obiettivo.
- Ammettere l’uso di calcolatrice per i calcoli numerici.
- Per le verifiche: ridurre il numero di esercizi o aumentare il tempo, mantenendo gli obiettivi concettuali.
Studenti con difficoltà motorie.
- Le attività pratiche con fune e dinamometro possono essere osservate e descritte anziché eseguite direttamente.
- Simulazioni digitali come alternativa all’esperimento fisico.
Studenti con alto potenziale.
- Approfondimento sul paranco differenziale (presente in Tecnocloud Benente).
- Calcolo del rendimento con misurazioni reali e confronto tra configurazioni diverse.
- Ricerca storica sulle macchine da guerra e da costruzione nell’antichità (catapulte, gru romane). (proposta progettuale)
Studenti con italiano L2.
- Glossario visivo dei termini tecnici (perno, gola, tamburo, staffa, manovella) con illustrazione affiancata.
- Attività pratica come punto di ingresso privilegiato rispetto alla lettura del testo.
Fonti
- Techno logics — Furci, Pozzi, Monti (Raffaello Scuola) — p.217–218
- Techno logics — Volume Didattica Inclusiva (Raffaello Scuola) — p.125
- Il manuale di tecnologia — Arduino (Lattes) — p.227
- Tecnomedia DIGIT Mi-preparo — Arduino (Lattes) — p.73–74
- Futura — Delpiano, Giusiano, Goldschmidt (Pearson) — p.318–319
- Upgrade Volume-B — Delpiano (Pearson) — p.273–274
- Tecnocloud Settori Produttivi — Benente (Pearson) — p.198–199
- Tecnologia 9788891561633 (Zanichelli) — p.340–341
- Tecnologia 9788808720153 (Zanichelli/altro editore)
- Come funziona la tecnologia (editore non identificato nel file)
- Idee per insegnare — Rosano, Cirilli, Guglielmi, Pertici (Zanichelli)
Nota: le sezioni “Esempio concreto in classe”, “Dal concetto all’attività”, “Strumenti digitali utili” e alcune parti dell‘“Inclusione” integrano le fonti con (proposte progettuali) dell’autore della pagina, non direttamente ricavate dai testi.